一种三自由度并联机构制造技术

本发明专利技术公开了一种三自由度并联机构，包括定平台、动平台、固定架与三个支链。每个支链均包括滑块滑轨组、四爪单动卡盘、调节垫片组、立柱、移动副、转动副、连杆和球面副。滑块滑轨组水平安装在定平台上，滑块上安装四爪单动卡盘，卡爪夹紧立柱，卡爪与立柱的下端之间安装调节垫片组，移动副与立柱连接，移动副与转动副连接，转动副的轴线与定平台的上平面平行，连杆的一端与转动副连接，连杆的另一端与球面副连接，球面副安装在动平台上，立柱上端安装在固定架上。本发明专利技术通过调节三个立柱安装的位置、误差及转过的角度，从而调节连杆的布置形式、结构尺寸与精度，调节方便，具有很好的经济效益与社会效益。

【技术实现步骤摘要】
一种三自由度并联机构
本专利技术涉及一种三自由度并联机构，尤其是由一种由移动副、转动副和球面副构成的三自由度并联机构，属于机器人应用

技术介绍
并联机器人与串联机器人是机器人的两大分支，在哲学上呈对立统一的关系，二者各有优缺点。并联机器人也称并联机构，它弥补了串联机器人的很多缺点，具有无累积误差、精度高、动态响应好、结构紧凑、刚性高、承载力大、各向同性等优点。具有三个自由度的3-PRS(P为移动副，R为转动副，S为球面副)并联机构是最典型的代表之一，它代表了一类机构，包含三个相同、对称的分支，并且每个分支都具有一个移动副、转动副与球面副。3-PRS并联机构的一些特殊构型已在工业生产中得到了成功应用。由于各个支链之间互相耦合，再加上运动学与动力学方程中包含了三角函数、非线性方程组，工作空间、精度等性能评价、设计与优化的过程非常复杂。在研究的过程中，通常运用线性化等方法将问题简化，进而进行理论分析；然后与实验相结合，修改完善理论模型，得到针对某一类并联机构普适的模型。为了全面分析，就需要在不同的机构类型(连杆的布置形式)、机构尺寸、不同的机构精度下进行研究。目前常用的3-PRS并联机构是针对不同结构类型、不同机构尺寸、不同的精度要求分别搭建的，或者机构尺寸方面部分可调。但是机械部分搭建之后，精度都是固定的，这就导致了在实验研究的过程中，无法任意调整并联机构的误差。因此，当研究不同的结构类型、不同尺寸、不同精度的3-PRS并联机构时，只能重新加工零部件来搭建新的3-PRS并联机构。
技术实现思路
本专利技术针对一类3-PRS并联机构在研究不同的结构类型、不同尺寸、不同精度的过程中，需要重新搭建新的机械部分的技术问题，提供了一种3-PRS并联机构，通过调节三个立柱安装的位置、误差及转过的角度，从而调节连杆的布置形式、结构尺寸与精度，有效地解决了上述技术问题。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：一种三自由度并联机构，所述并联机构包括定平台1、动平台2、固定架3、第一支链4、第二支链5和第三支链6；第一支链4、第二支链5和第三支链6中的每一个支链均包括以下部件：滑块滑轨组41，51，61、四爪单动卡盘42，52，62、调节垫片组43，53，63、立柱44，54，64、移动副45，55，65、转动副46，56，66、连杆47，57，67和球面副48，58，68；每个支链中所包括的部件的连接结构为：滑块滑轨组41，51，61的滑轨水平安装在定平台1上，滑块滑轨组41，51，61的滑块上安装四爪单动卡盘42，52，62，四爪单动卡盘42，52，62的卡爪夹紧立柱44，54，64的下端，四爪单动卡盘42，52，62的卡爪与立柱44，54，64的下端之间安装调节垫片组43，53，63，移动副45，55，65与立柱44，54，64连接，移动副45，55，65的轴线与定平台1上平面垂直，移动副45，55，65与转动副46，56，66连接，转动副46，56，66的轴线与定平台1的上平面平行，连杆47，57，67的一端与转动副46，56，66连接，连杆47，57，67的另一端与球面副48，58，68连接，球面副48，58，68安装在动平台2上，立柱44，54，64上端安装在固定架3上，通过螺钉采用顶紧的方法将立柱44，54，64上端安装在固定架3上；三个滑块滑轨组41，51，61两两成120°夹角分布。固定架3上设置三个相同的夹紧槽对31，32，33，每个夹紧槽对31，32，33均包含两个相同的夹紧槽，每个夹紧槽的两个侧板上都设置螺纹孔。第一立柱44、第二立柱54和第三立柱64中的每一个立柱均包括以下部件：立柱凸缘441，541，641、立柱主体442，542，642、立柱圆柱体443，543，643、立柱钢球444，544，644和立柱托盘445，545，645。进一步，立柱凸缘441，541，641安装于立柱主体442，542，642的上部，立柱圆柱体443，543，643安装于立柱主体442，542，642的下部，立柱圆柱体443，543，643的下部设置了一个球窝，立柱钢球444，544，644的上半部分置于球窝之内，立柱钢球444，544，644的下部置于立柱托盘445，545，645之内；立柱托盘445，545，645安装在滑块滑轨组41，51，61的滑块上，立柱托盘445，545，645位于四爪单动卡盘42，52，62的卡爪孔内；立柱44，54，64上端的立柱凸缘441，541，641安装在固定架3的夹紧槽对31，32，33内，通过螺钉用上下两面顶紧的方式将立柱44，54，64上端的立柱凸缘441，541，641安装在固定架3的夹紧槽对31，32，33内。更进一步，固定架3设置三个加强杆34，三个加强杆34呈正三角形分布。本专利技术具有的有益的效果是：(1)本专利技术的并联机构充分采用了技术十分成熟的四爪单动卡盘。四爪单动卡盘是机械加工行业应用非常广泛的机构，技术非常成熟，性能非常稳定，3-PRS并联机构搭建的过程中，可以直接从市场上以很便宜的价格购买四爪单动卡盘，具有很好的经济效益，并且大大缩短了并联机构搭建的时间。(2)本专利技术中并联机构充分采用了技术十分成熟的调整垫片组，包括普通的垫片与微调垫片。使用调整垫片，可以灵活地调整立柱安装时倾斜的角度以及位置，进而加入需要的误差，实现精度的调整；再加上垫片结构简单、技术成熟，可以直接从市场上以很便宜的价格购买，损坏之后非常容易替换，并且大大缩短了并联机构搭建时间与调整时间，具有很好的经济效益与社会效益。(3)本专利技术中的立柱下端设置了球窝、钢柱及托盘，在机构调整时，使立柱在垂直方向进行自动定位、立柱在圆周方向轻松灵活地转动；立柱下端设置了圆柱体部分，使立柱可以在绕自己垂直轴线转动的任意角度实现夹紧，使本专利技术提供的机构可以调节出大量的构型。(4)本专利技术的并联机构上端设置了固定架，每个夹紧槽对都由两个夹紧槽构成，采用上下双面螺钉顶紧的方式夹紧，使立柱下端装夹时加入误差后，上端圆形凸缘夹紧时有上下调整的空间，提高了机构的稳定性与精度；固定架上设置了加强杆，增加了整个机构的刚性。(5)本专利技术提供的并联机构充分采用了成熟、标准化、价格便宜、性能稳定的机构产品，机构搭建过程与调节方便，解决了3-PRS并联机构在不同的结构类型、不同尺寸、不同精度的过程中需要重新搭建新的机械部分的技术问题，具有很好的经济效益与社会效益。附图说明图1是本专利技术提供的并联机构装配简图；图2是本专利技术提供的并联机构中固定架的简图；图3是本专利技术提供的并联机构中固定架的夹紧槽对的局部剖视图；图4是本专利技术提供的并联机构中立柱的简图。图中：1、定平台2、动平台3、固定架4、第一支链5、第二支链6、第三支链31、第一夹紧槽对32、第二夹紧槽对33、第三夹紧槽对34、加强杆41、第一调滑块滑轨组51、第二滑块滑轨组61、第三滑块滑轨组42、第一四爪单动卡盘52、第二四爪单动卡盘62、第三四爪单动卡盘43、第一调节垫片组53、第二调节垫片组63、第三调节垫片组44、第一立柱54、第二立柱64、第三立柱45、第一移动副55、第二移动副65、第三移动副46、第一转动副56、第二转动副66、第三转动副47、第一连杆57、第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三自由度并联机构，其特征在于，所述并联机构包括定平台(1)、动平台(2)、固定架(3)、第一支链(4)、第二支链(5)和第三支链(6)；第一支链(4)、第二支链(5)和第三支链(6)中的每一个支链均包括以下部件：第一滑块滑轨组(41，51，61)、第一四爪单动卡盘(42，52，62)、第一调节垫片组(43，53，63)、第一立柱(44，54，64)、第一移动副(45，55，65)、第一转动副(46，56，66)、第一连杆(47，57，67)和第一球面副(48，58，68)；上述每个支链中所包括的部件的连接结构为：第一滑块滑轨组(41，51，61)的滑轨水平安装在定平台(1)上，第一滑块滑轨组(41，51，61)的滑块上安装第一四爪单动卡盘(42，52，62)，第一四爪单动卡盘(42，52，62)的卡爪夹紧第一立柱(44，54，64)的下端，第一四爪单动卡盘(42，52，62)的卡爪与第一立柱(44，54，64)的下端之间安装第一调节垫片组(43，53，63)，第一移动副(45，55，65)与第一立柱(44，54，64)连接，第一移动副(45，55，65)的轴线与定平台(1)上平面垂直，第一移动副(45，55，65)与第一转动副(46，56，66)连接，第一转动副(46，56，66)的轴线与定平台(1)的上平面平行，第一连杆(47，57，67)的一端与第一转动副(46，56，66)连接，第一连杆(47，57，67)的另一端与第一球面副(48，58，68)连接，第一球面副(48，58，68)安装在动平台(2)上，第一立柱(44，54，64)上端安装在固定架(3)上，通过螺钉采用顶紧的方法将第一立柱(44，54，64)上端安装在固定架(3)上；三个滑块滑轨组(41，51，61)两两成120°夹角分布。...

【技术特征摘要】
1.一种三自由度并联机构，所述并联机构包括定平台(1)、动平台(2)、固定架(3)、第一支链(4)、第二支链(5)和第三支链(6)；第一支链(4)、第二支链(5)和第三支链(6)中的每一个支链均包括以下部件：滑块滑轨组(41，51，61)、四爪单动卡盘(42，52，62)、调节垫片组(43，53，63)、立柱(44，54，64)、移动副(45，55，65)、转动副(46，56，66)、连杆(47，57，67)和球面副(48，58，68)；每个支链中所包括的部件的连接结构为：滑块滑轨组(41，51，61)的滑轨水平安装在定平台(1)上，滑块滑轨组(41，51，61)的滑块上安装四爪单动卡盘(42，52，62)，四爪单动卡盘(42，52，62)的卡爪夹紧立柱(44，54，64)的下端，四爪单动卡盘(42，52，62)的卡爪与立柱(44，54，64)的下端之间安装调节垫片组(43，53，63)，移动副(45，55，65)与立柱(44，54，64)连接，移动副(45，55，65)的轴线与定平台(1)上平面垂直，移动副(45，55，65)与转动副(46，56，66)连接，转动副(46，56，66)的轴线与定平台(1)的上平面平行，连杆(47，57，67)的一端与转动副(46，56，66)连接，连杆(47，57，67)的另一端与球面副(48，58，68)连接，球面副(48，58，68)安装在动平台(2)上，立柱(44，54，64)上端安装在固定架(3)上，通过螺钉采用顶紧的方法将立柱(44，54，64)上端安装在固定架(3)上；三个滑块滑轨组(41，51，61)两两成120°夹角分布；固...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国强，刘彦伟，康件丽，胡爱军，赵俊伟，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41